热能毕业设计论文 - 图文(7)

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120t/h推钢式连续加热炉设计说明书

缺点。创新成为结构紧凑（单位体积的传热面积可达数百甚至上千），换向时间短（由0.5到1小时缩短为几分钟甚至几十秒钟），排烟温度低（由500至600度降低到150到180度），预热温度高（由烟气出炉温度的50%不到提高到80%以上）,使用寿命长(8年不漏气和不烧毁）和热回收率高（一般大于90%）的热交换装置。其关键在于新型蓄热式热交换装置大大缩小了蓄热体的尺寸，由厚度为几十毫米的耐火材料砖体变成几毫米的球体甚至为珠体或片体。

(2)自身预热式燃烧装置.

自身预热式燃烧装置是近几十年发展起来的一种新型燃烧器，它本身带有一个热交换装置，回收烟气的余热来预热助燃用空气，是一种节能效果明显、使用和安装均方便的一种燃烧装置。把蓄热式热交换装置移植到自身预热式燃烧器上，使其得到一个飞跃的进步。节能效果大为提高，燃烧性能大为改进，不仅可用于高温的钢材加热炉，同样可用于低温的钢材热处理炉，均能取得良好的效果。

(3)耐火纤维

近几十年来，我国研究、制造和全面推广使用一种新型的耐火材料-耐火纤维，应用于1000度以下炉温的硅酸铝全耐火纤维炉衬的使用已相当成功和广泛，取得良好的效果。应用于1400度左右高炉温的多晶莫来石纤维、高铝质纤维和含铬纤维，也已走出实验阶段而进入实用阶段，可长期在1400度炉温下使用，短期最高使用温度还可达!1600度

耐火纤维由于空隙度高，因而其导热系数、重度和比热容均极低，这可大幅度地减小蓄热损失和散热损失（在900度炉温时单层150毫米厚的散热损失约

22370kJ/m?h，蓄热损失10000kJ/m?h），它有显著的节能效果。同时大大地降低炉子的热惰性，可适应工业炉自动控制快速升温和降温的要求。根据工业炉的炉温进行分层铺设较为合理，它是将耐温最高的耐火纤维放在炉膛的内侧，将耐温最低的放在外侧，发挥各自的优点，既可耐炉内的高温，还可降低工业炉的造价。通常分成2~3层即可，根据不同的炉温，其总厚度为150~250mm，然后用耐热金属或陶瓷锚固件固定。因为耐火纤维为不定形材料，施工和烘烤比较方便，得到了广泛的采用。

(4)工业控制用高性能的计算机

目前国内已有数以百计的工业加热炉实现了计算控制，取得了高产、优质、低耗和少污染的效果。工业加热炉进行计算控制的第一步：是实现给定炉温和给定空气系数的燃烧控制，其核心是燃料流量的控制和空燃比例的控制，其手段是在给定炉温的要求下，自动控制燃料的流量的多少和燃料流量与空气流量的比例的大小，其方法有：燃料和空气流量测量法、烟气残氧分析反馈法、自寻优控制法和专家系统。进一步提高是：用数学模型进行优化控制，优化工业炉的温热制度，即找到最佳的炉温制度和供热制度。数学模型可以用理论方法确立，也可以根据实验数据或生产数据经过数学处理得到。工业加热炉是工厂中的一个局部环节，其中涉及到各设备间的协调、调度和管理，这就需要更高层次的管理优化控制，这是难度更高和因素更复杂的计算机数学模型，因而其水平更高，而实现起来也更困难。

2.1设计任务：

（1） 炉子生产率：120t/h；

（2） 被加热金属：

1）钢坯尺寸：150×150×3000mm；

2）钢种：20＃钢；

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3）金属开始加热（入炉）温度： T 始=20℃

4）金属加热终了（出炉）温度：T 表终=1250℃ 5)金属加热终了（出炉）断面温差：? T ?50℃

终（3） 燃料： 1）焦炉煤气和高炉煤气的混合煤气，Q低 ＝10050KJ/标m3 2）煤气不预热：T 混气＝10℃ 3）出炉膛烟气温度：T废膛＝800℃ 4）空气预热温度：T空＝400℃

（4） 两种煤气成份（干成分）：参见下表

成分 焦炉煤气 高炉煤气

CO 13.4 27.4

CO2 2.6 10.0

CH4 18.4 0.9

C2H6 1.65 －

C3H8 0.45 －

H2 41.9 3.3

N2 20.5 58.4

O2 1.2 －

合计 100 100

2.2热工计算

2.2.1燃料燃烧计算

1）焦炉煤气和高炉煤气干湿成分转换

a）根据混合煤气温度T 混气＝10℃得g干＝9.8g/标m3(干气体)，带入下式得：

k＝

100100?0.124?g＝

100100?0.124?9.8＝0.988

b）吧k＝0.988带入式（1－3）计算得焦炉煤气和高炉煤气湿成分，计算结果列于表1

表1 焦炉煤气和高炉煤气湿成分（％）

成分 焦炉煤气 高炉煤气

CO 13.24 27.07

CO2 2.56 9.88

CH4 18.18 0.89

C2H6 1.64 －

C3H8 0.52 －

H2 41.4 3.26

N2 20.1 57.7

O2 1.16 －

H2O 1.2 1.2

合计 100 100

2）计算混合煤气湿成分

a）计算焦炉煤气和高炉煤气低发热值

把1中焦炉煤气和高炉煤气的湿成分分别带入燃料与燃烧式1－8：

Q低= 4.187?(3046CO+2580H2+8550CH4+15230C2H6+21800 C3H8+223.45H2S )KJ/标mSs式中：COs、 H2、 CH4、C2H6、C3H8、 H2Ss－每100标m3湿气体燃料中，各燃

3料可燃成分的体积含量（标m3） 注：如湿气体燃料中尚未含有上述公式中未包括的其他可燃成分，可参照文献一表1－3中相应数据进行补充

焦炉煤气低发热值 Q低＝4.187×(3046×13.24＋2580×41.40＋8550×18.18+15230?1.64+21800?0.52)=14190 KJ/标m3

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高炉煤气低发热值 Q低＝4.187?(3046×27.07＋2580×3.26＋8550?0.89)＝4123KJ/标m3 b）计算配比系数

设焦炉煤气在混合煤气中的配比系数为X'=

10050?412314190?4123?0.63

c）带入配比系数X'求得混合煤气湿成分列于下表2

表2 混合煤气湿成分

成分

CO

CO2 CH4 C2H6 C3H8

11.78 1.03

0.33

H2

N2

O2

H2O 合计

100

混合煤气 18.36 5.27

27.29 34.4 0.73 1.2

校核混合煤气的的发热值：将表2中的混合煤气成分带入文献一式（1－8）得： Q低＝4.187×(3046×18.36＋2580×27.29＋8550×11.78＋15230×1.03+21800×0.33＝10075KJ/标m3

3）计算理论空气需要量L0

把表2中混合煤气湿成分带入文献一式1-15）得：

L0=4076×[0.5×18.36+0.5×27.29+2×11.78+3.5×1.03+5×0.33-0.73=2.42标m3/标m3

4）计算实际空气需求量Ln，取空气过量系数n＝1.1（有焰燃烧）带入文献一式（1－16）得：

Ln=n L0=2.42×1.1=2.67标m3/标m3

Ln湿=(1+0.00124×9.8)×2.67=2.70标m3/标m3 5）计算燃烧产物生成量及成分

把表2中混合煤气湿成分带入文献一式（1－18）的燃烧产物生成量及成分列于下表3

表3 混合煤气燃烧产物生成量（标m3）及成分（%）

生成量（标m3） 体积含量（%）

CO2 0.38 10.93

'N2 2.45 70.46

'O2 0.05 1.44

'H2O' 0.597 17.17

合计 3.48 100

6)计算混合煤气燃烧产物重度

把表3中燃烧产物体积百分含量带入式(1-21)得:

22.4?10044?10.93?18?17.17?28?70.46?32?1.4422.4?100?烟=

44CO'2?18H2O?28N`'2?32O2?64SO2''

＝＝1.296kg/标m3

7）计算燃料理论燃烧温度

由T空＝400℃,查文献一中表1－5得c空=1.330 KJ/标m3；设T产=1800～2100℃，查表1－5得c产＝1.672×0.19＋1.714×0.81＝1.706 KJ/标m3 设Q分=0,按文献一式（1－22）得：

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T理＝

10050?2.42?1.302?4003.48?1.875＝1947?1800℃

因此，课满足连续加热炉加热工艺要求。

2.2.2炉膛热交换计算

计算的目的是确定炉气经过炉壁对金属的导来辐射系数CgKM 1) 预确定炉膛主要尺寸

a）炉膛宽度根据文献一中表3－16，对大型加热炉，取H＝600kg/(m2·h)；取推钢比E=220代入文献一式 n＝

pH?l?2S?E=

120000600?3?0.15?220＝2.2

式中：n－炉内料坯摆放排数；

综合考虑厂房布置以及节能利用，取n＝2带入式（8－4）得炉膛内宽（取a＝0.2）： B＝2×3＋3×0.2＝6.6m

为方便施工，路体宽度应为耐火砖宽度（0.116m）的整数倍。经计算6612/116=57，所以取：

B=6612mm

b）炉膛高度：

根据文献一中表2－2，燃气大型加热炉，取H加上＝1600mm，H预上＝1100mm，H均上＝1400mm, H均下=H加下=1750mm，H预下=1160mm。

c）炉膛长度：设均热段长度为L均，加热段长度为L加，预热段长度为L预d）炉顶结构：确定为平顶浇注结构。 e）出料方式：侧出料。 2）计算炉膛相关尺寸

a) 各段炉底面积

加热段炉底面积 F加底=B L加=6.612 L加

预热段炉底面积 F预底=B L预=6.612 L预

均热段炉底面积 F均底=B L均=6.612 L均

b） 加热段 F加内=(2 H加+B) L加=(2×1.6+6.612) L加=9.812 L加

预热段 F预内=(2 H预+B) L预=(2×1.1+6.612) L预=8.812 L预均热段 F均内=(2 H均+B) L均=(2×1.4+6.612)L均=9.412L均 c）各段包围炉气内表面积

加热段 F加= F加底+ F加内=6.612L加＋9.812L加＝16.424L加

预热段 F预= F预底+ F预内=6.612L预+8.812L预=15.424 L预 均热段 F均= F均底+ F均内=6.612L均+9.412 L均=16.024 L均 d）各段充满炉气的空腔体积

加热段 V加=BH加L加=6.612×1.6×L加＝10.58 L加

预热段 V预=BH预L预=6.612×1.1×L预=7.27 L预

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均热段 V均=BH均L均=6.612×1.4×L均=9.26 L均 3）计算各段平均有效射程数

加热段 S加=0.9×4×10.58 L加/16.424L加＝2.32m

预热段 S预=0.9×4×7.27 L预/15.424 L预＝1.70m 均热段 S均=0.9×4×9.26 L均/16.024 L均＝2.08m 4）计算炉气中CO2和H2O汽分压 由燃料燃烧计算（见表3）得：

PCO 2＝13.84/100=0.1093大气压 PH O＝11.87/100=0.1717大气压

25）计算各段炉气温度

加热段炉气温度比金属加热终了时的表面温度高150～200℃，则 Tg加＝T表终+150＝1250+150＝1400℃

设均热段炉气温度比金属加热终了时的表面温度高30～50℃，则 Tg均＝T表终+50＝1250+50＝1300℃

而预热段炉气温度变化规律近似为线型，则

Tg预均＝（Tg加＋T废膛）/2＝（1400+800）/2＝1100℃

6）计算各段炉气黑度 加热段

1?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)3?(T100)?0.5?7.1?P0.8H2O?S0.6?(T100)?1

其中PCO2=0.1096大气压 PH2O=0.1717大气压 S=2.32m T=1400℃ 带入得： ?g＝0.32 预热段

1 ?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)3?(T100)?0.5?7.1?P0.8H2O?S0.6?(T100)?1

其中PCO2=0.1093大气压 PH2O=0.1717大气压 S=1.70m T=1100℃ 带入得： ?g＝0.34 均热段

1?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)3?(T100)?0.5?7.1?P0.8H2O?S0.6?(T100)?1

其中PCO2=0.1093大气压 PH2O=0.1717大气压 S=2.08m T=1300℃ 带入得： ?g＝0.32

7)计算各段炉墙和炉壁对金属的角度系数 对于平定结构，按文献一中式（2－4）、（2－6）、（2－8）得：

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